(57)【要約】【課題】 複数箇所にセンサを配置することなく、転がり軸受に作用する荷重の検出が可能なセンサ付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】  センサ装置2は、固定側軌道部材3と回転側軌道部材4とをハブユニット1外部において接続する外部導通手段9と、外部導通手段9途中に設けられかつ外部導通手段9、固定側軌道部材3、玉5および回転側軌道部材4からなる閉回路の抵抗値を求める計測手段10と、計測手段10の出力から転がり軸受としてのハブユニット1に作用する横Ｇを求める処理手段とを備えている。センサ装置2では、ハブユニット1に作用する横Ｇの変化に伴って転動体接触面積が変化して閉回路の抵抗値が変化することを利用して、ハブユニット1に作用する横Ｇが求められている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側軌道部材、回転側軌道部材および両部材間に配置された複数の転動体を有する転がり軸受と、センサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
センサ装置は、固定側軌道部材と回転側軌道部材とを転がり軸受外部において接続する外部導通手段と、外部導通手段途中に設けられかつ外部導通手段、固定側軌道部材、転動体および回転側軌道部材からなる閉回路の抵抗値を求める計測手段と、計測手段の出力から転がり軸受に作用する荷重を求める処理手段とを備えており、転がり軸受に作用する荷重の変化に伴って転動体接触面積が変化して閉回路の抵抗値が変化することを利用して、転がり軸受に作用する荷重が求められていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受とその各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付き転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車においては、その制御を行うために種々の情報が必要であることから、車体側に固定される固定側軌道部材、車輪が取り付けられる回転側軌道部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニット（転がり軸受）に、センサ装置を設けることが提案されている。たとえば、特許文献１には、転がり軸受に作用する荷重を求めるために、固定側軌道部材に設けられていずれか一方の軌道部材の歪の変化を磁歪変動量として検出する磁歪センサを有しているものが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−４５３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１のセンサ付き転がり軸受装置によると、磁歪センサが設けられる位置（ハブユニットの頂部、底部、前部、後部またはそれらの中間）によって、同じ荷重に対する逆磁歪効果の大きさが異なっており、複数箇所にセンサを設けて、これらの出力を演算することで荷重を求めることが必要である。したがって、センサ装置が複雑となってコストが増加するという問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、複数箇所にセンサを配置することなく、転がり軸受に作用する荷重の検出が可能なセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明によるセンサ付き転がり軸受装置は、固定側軌道部材、回転側軌道部材および両部材間に配置された複数の転動体を有する転がり軸受と、センサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、センサ装置は、固定側軌道部材と回転側軌道部材とを転がり軸受外部において接続する外部導通手段と、外部導通手段途中に設けられかつ外部導通手段、固定側軌道部材、転動体および回転側軌道部材からなる閉回路の抵抗値を求める計測手段と、計測手段の出力から転がり軸受に作用する荷重を求める処理手段とを備えており、転がり軸受に作用する荷重の変化に伴って転動体接触面積が変化して閉回路の抵抗値が変化することを利用して、転がり軸受に作用する荷重が求められていることを特徴とするものである。
【０００６】
外部導通手段は、固定側軌道部材に固定された固定端子、回転側軌道部材に取り付けられたスリップリング、固定端子とスリップリングとを接続する導線などから構成される。
【０００７】
計測手段は、外部導通手段途中に設けられた抵抗、この抵抗に流れる電流を測定する電流計、閉回路に電力を供給する電池などから構成される。
【０００８】
閉回路の抵抗値は、外部導通手段および計測手段を含む転がり軸受外部の抵抗値（一定）と固定側軌道部材から転動体を介して回転側軌道部材に至る転がり軸受内部抵抗値との和であり、転がり軸受内部抵抗値が転動体接触面積の変化に伴って変化することによって変化する。
【０００９】
一方、転動体の接触面積は、転がり軸受に作用する荷重と相関関係があり、例えば、転がり軸受がハブユニットの場合には、接触面積の総和と横Ｇとはほぼ比例関係にある。したがって、軸受に作用する荷重（ハブユニットに作用する横Ｇ）が変化すると、転動体接触面積総和が変化し、これが閉回路の抵抗値に変化を及ぼす（接触面積が増加すると、閉回路の抵抗が減少し、接触面積が減少すると、閉回路の抵抗が増加する。）。すなわち、計測手段で得られる特性（例えば電流値）は、すべての転動体の接触面積の総和したがって軸受に作用する荷重に対応して変化することになる。そこで、軸受に種々の荷重を作用させて、そのときの計測手段の出力を求めることによって、荷重と出力との関係式を作成して、この関係式を処理手段に蓄積しておき、計測手段によって閉回路の特性を検知してこの関係式を用いた演算を行うことにより、軸受に作用する荷重（横Ｇ）を検出することができる。こうして、接触面積の総和に着目するとともに、その接触面積の直接測定が難しいという課題が電気的閉回路を利用することで克服されることにより、１カ所のセンサ（１つの計測手段例えば電流計）によって荷重を得ることが可能となる。
【００１０】
なお、計測手段の構成において、その電流計は、外部導通手段の抵抗値にかかる電圧を計測する電圧計に置き換えてもよく、また、その抵抗値および電流計を閉回路全体の抵抗値を検知する抵抗測定器に置き換えてもよく、要するに、計測手段は、転がり軸受内部抵抗値に応じて変化する特性値を検知するものであれば種々のものが使用できる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明のセンサ転がり軸受ユニットによると、複数箇所にセンサを配置することなく、横Ｇの検出が可能であるので、センサ装置を簡素化でき、コストを低減することができる。また、計測手段は、抵抗値を求めることができるものであればよいので、信号発信回路や信号処理回路を内蔵した複雑な構造のセンサを使用せずに済み、この点でもコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、この発明のセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示している。以下の説明において、左右は図の左右をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。
【００１４】
このセンサ付き転がり軸受装置は、センサ付きハブユニットとして使用されるもので、ハブユニット(1)と、ハブユニット(1)に作用する横Ｇ（左右方向加速度したがって左右方向荷重）を検出するセンサ装置(2)とを備えている。
【００１５】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される固定側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材(4)、および両部材(3)(4)の間に２列に配置された複数の転動体である玉(5)を備えている。
【００１６】
固定側軌道部材(3)は、軸受の外輪（固定輪）機能を有しているもので、内周面に２列の外輪軌道が形成されている円筒部(21)と、円筒部(21)の左端部近くに設けられて懸架装置（車体側部分）にボルトで取り付けられるフランジ部(22)とを有している。
【００１７】
回転側軌道部材(4)は、内軸(23)および内輪(24)からなり、内軸(23)の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルトが固定されるフランジ部(25)が設けられている。
【００１８】
この発明のセンサ付き転がり軸受装置のセンサ装置(2)は、横Ｇを検出するために、荷重による玉(5)の接触面積の変化が横Ｇに対して、相関がある（ほぼ比例して変化する）ことを利用している。この相関は、１つの玉(5)についても成り立つが、接触面積としてすべての玉(5)の接触面積を合計した接触面積総和を使用しても成り立っている。各玉(5)ごとにその接触面積を検出するためには、例えば超音波センサのような特殊なセンサを使用することが必要となり、また、接触位置が変化ししかも接触面積が初期状態から減少する方向（荷重が抜ける方向）の力に対しては、線形性がなくなることから、複数箇所での検知が必要となる。
【００１９】
そこで、この発明のセンサ付き転がり軸受装置においては、ハブユニット(1)における横Ｇ−転動体接触面積総和特性と転動体接触面積が変化した場合にハブユニット内部抵抗値が変化することを利用することにより、この問題を解消している。
【００２０】
この発明のセンサ付き転がり軸受装置のセンサ装置(2)は、固定側軌道部材(3)と回転側軌道部材(4)とをハブユニット(1)外部において接続する外部導通手段(9)と、外部導通手段(9)途中に設けられかつ外部導通手段(9)、固定側軌道部材(3)、玉(5)および回転側軌道部材(4)からなる閉回路の抵抗値変化を求める計測手段(10)と、計測手段(10)の出力からハブユニット(1)に作用する荷重を求める処理手段(11)とを備えている。
【００２１】
外部導通手段(9)は、固定側軌道部材(3)に固定された固定端子(31)、回転側軌道部材(4)に取り付けられて回転するものと外部との電気的接触を切らさないようにするスリップリング(32)、および固定端子(31)とスリップリング(32)とを接続する導線(33)からなる。
【００２２】
計測手段(10)は、外部導通手段(9)の導線(33)途中に設けられた抵抗(34)、この抵抗(34)に流れる電流を測定する電流計(35)、および閉回路に電力を供給する電源（電池）(36)からなる。
【００２３】
処理手段(11)は、横Ｇ−接触面積総和特性の関係(12)が蓄えられているメモリ部(11a)と、計測手段(10)の出力から横Ｇを求める演算部(11b)とを有している。
【００２４】
外部導通手段(9)、固定側軌道部材(3)、玉(5)および回転側軌道部材(4)からなる閉回路においては、外部導通手段(9)および計測手段(10)を含むハブユニット(1)外部の抵抗値は一定に保たれ、固定側軌道部材(3)、一方の列の玉(5)および回転側軌道部材(4)からなるハブユニット内部の抵抗値は、玉(5)とこれを挟む軌道部材(3)(4)との接触面積である転動体接触面積によって増減するので、閉回路の電流を計測することにより、ハブユニット内部の抵抗値したがって転動体接触面積総和を検出することができる。この接触面積総和は、横Ｇと相関関係にあることから（符号12で示されているグラフ参照）、横Ｇを計測手段(10)の出力の変化から求めることができる。こうして、超音波センサのような特殊なセンサを用いることなく、抵抗値を求めるための計測手段(10)のみで横Ｇを得ることができ、得られた横Ｇは、車両制御に使用される。
【００２５】
接触面積総和を使用することは、複数のセンサを使用してその総和を求めることと同等であるので、荷重の抜けを含む検知となり、センサ（計測手段）は、１カ所だけに設ければよい。また、１個の玉(5)の変化を検知する場合（短い時間でピークに達し、短い時間でボトムに達する）に比べて、短い時間で大きく出力が変化することを避けることができ、誤差を小さくすることができる。
【００２６】
なお、上記においては、センサ付きハブユニットについて説明したが、上記センサ装置は、ハブユニット以外の複列の転がり軸受に一体化して使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
(1)      ハブユニット（転がり軸受）
(2)      センサ装置
(3)      固定側軌道部材
(4)      回転側軌道部材
(5)      玉（転動体）
(9)      外部導通手段
(10)     計測手段
(11)     処理手段
【図１】
2006283829.tif 000003